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趣味物理学
1.7.15 5.15 水中拿物而不湿手的秘密
5.15 水中拿物而不湿手的秘密

图5-19 上方为放大200倍的针鼻、头发、杆菌和蜘蛛丝。下方为放大40 000倍的杆菌和最薄的肥皂泡薄膜

取一个平底的大盘子放平,在盘中放一枚硬币,然后倒入水淹没硬币。考考你,你能用手把硬币取出来而不会被水沾湿吗?

这看起来是一个不可能完成的事。事实上,只要有一只玻璃杯和一张燃着的纸,你就能轻松完成这件事。方法很简单:把纸点燃,放入玻璃杯中,迅速将杯子倒过来,扣在盘子上,记得可不要把硬币扣着了。等杯中的纸燃尽了,全是白烟后,你会发现盘子里的水都跑到杯子中去了。当然,硬币还是会一动不动地停在原处,稍等一会儿,等它晾干了,你将它取出来,就一点儿不用担心沾湿手了。

盘子里的水怎么会自动跑到杯子中去,还能在杯子中保持一定的高度不落下来呢?当然归功于空气的压力。纸在杯子中燃烧,会使杯中的空气受热,增加了它的压力,从而把一部分气体排到杯外去。等纸片烧完后,杯中的空气也随之冷却下来,压力也随之降低,于是外面的较大的空气压就会把盘中的水赶进杯子里。

当然,我们也可以用软木塞和火柴代替纸片,如图5-20所示,将木塞放在盘子里,在上面插两根火柴,点燃火柴,将杯子扣在软木塞上,等火柴燃尽,也会得到与上面相同的效果。

图5-20 将盘中的水全部吸到了倒立的玻璃杯中

对于这个实验现象,我们时常会听一些错误的解释[7]。有的人说,是因为纸片燃料烧时,烧去了杯中的氧气,从而使杯中空气变少。这种解释完全是错误的。主要原因是空气受热膨胀的缘故,而不在于杯中的氧气被烧掉了。要证明这一点很容易。第一,我们完全可以不烧纸片,只需要把杯子在热水中烫一下就行。第二,我们可用被酒精浸泡过的棉球代替纸片,它燃烧得更长久,会把杯中的空气烧得更热,而杯中的水可升到杯子的中央,几乎占杯子体积的一半。要知道,空气中氧气的体积只有其中的五分之一。当然还有最后一点,那就是燃烧虽然会耗去空气中的氧,却也会产生二氧化碳气体和水,它们也会占据氧气的位置。